Forskere kaprer bakterier for at lette lægemiddelfremstillingen

For mere overkommelige, bæredygtige medicinmuligheder, end vi har i dag, kan den medicin, vi tager til behandling af forhøjet blodtryk, smerte eller hukommelsestab, en dag komme fra manipulerede bakterier, dyrket i et kar som yoghurt. Og takket være et nyt bakterielt værktøj udviklet af forskere ved University of Texas i Austin, kan processen med at forbedre lægemiddelfremstillingen i bakterieceller komme hurtigere, end vi troede.

I årtier har forskere kigget på måder at gøre lægemiddelfremstilling mere overkommelig og bæredygtig end lægemiddelproducenters nuværende processer, hvoraf mange afhænger af enten planteafgrøder eller olie. Brug af bakterier er blevet foreslået som et godt organisk alternativ, men at opdage og optimere produktionen af ​​terapeutiske molekyler er svært og tidskrævende, hvilket kræver måneder i stræk. I et nyt papir ude i denne uge i Nature Chemical Biology , UT Austin-teamet introducerer et biosensorsystem, afledt af E. coli-bakterier, der kan tilpasses til at detektere alle slags terapeutiske forbindelser præcist og på få timer.

"Vi er ved at finde ud af, hvordan vi giver bakterier 'sanser', der ligner lugte- eller smagsreceptorer, og bruger dem til at påvise de forskellige forbindelser, de kan danne," sagde Andrew Ellington, professor i molekylær biovidenskab og tilsvarende forfatter om papir.

Mange af de lægemidler, vi tager, er lavet med ingredienser udvundet af planter (tænk f.eks. morfin, det narkotiske smertestillende middel, der kommer fra valmuer, eller galantamin, et lægemiddel til behandling af demens, der kommer fra påskeliljer). Udvinding af lægemidler fra disse planter er kompliceret og ressourcekrævende, hvilket kræver vand og areal til at dyrke afgrøderne. Forsyningskæder forstyrres let. Og afgrøder kan blive beskadiget af oversvømmelser, brande og tørke. At udlede lignende terapeutiske komponenter ved hjælp af syntetisk kemi giver også problemer, da processen afhænger af olie og oliebaserede produkter forbundet med spild og udgifter.

Indtast de ydmyge bakterier, et billigt, effektivt og bæredygtigt alternativ. Den genetiske kode for bakterier kan let manipuleres til at blive fabrikker til lægemiddelproduktion. I en proces kaldet biosyntese udnyttes bakteriernes biologiske systemer til at producere specifikke molekyler som en del af den naturlige cellulære proces. Og bakterier kan replikere med høj hastighed. Det eneste, de behøver for at udføre arbejdet, er sukker.

Desværre har producenter ikke haft mulighed for hurtigt at analysere forskellige stammer af manipulerede bakterier for at identificere dem, der er i stand til at producere mængder af et ønsket lægemiddel i kommercielle mængder - indtil nu. En nøjagtig analyse af de tusindvis af konstruerede stammer på vej til en god producent kan tage uger eller måneder med den nuværende teknologi, men kun en dag med de nye biosensorer.

"Der er i øjeblikket ingen biosensorer for de fleste plantemetabolitter," sagde Simon d'Oelsnitz, en forsker ved Institut for Molekylær Biovidenskab og førsteforfatter på papiret. "Med denne teknik burde det være muligt at skabe biosensorer til en lang række lægemidler."

Biosensorerne udviklet af d'Oelsnitz, Ellington og kolleger bestemmer hurtigt og præcist mængden af ​​et givet molekyle, som en bakteriestamme producerer. Holdet udviklede biosensorerne til flere typer almindelige lægemidler, såsom hostedæmpende midler og vasodilatorer, som bruges til at behandle muskelspasmer. Molekylære billeder af biosensorerne taget af røntgenkrystallograferne Wantae Kim og Yan Jessie Zhang viser præcis, hvordan de griber hårdt fat i deres partnermedicin. Når stoffet detekteres af biosensoren, lyser det. Derudover konstruerede holdet deres egne bakterier til at producere en forbindelse, der findes i flere FDA-godkendte lægemidler og brugte biosensorerne til at analysere produktoutput, hvilket i det væsentlige viser, hvordan industrien kunne anvende biosensorer for hurtigt at optimere kemisk fremstilling.

"Selvom dette ikke er den første biosensor," sagde d'Oelsnitz, "tillader denne teknik dem at blive udviklet hurtigere og mere effektivt. Til gengæld åbner det døren til mere medicin, der produceres ved hjælp af biosyntese." + Udforsk yderligere

Nye biosensorer måler giftige lægemidler hos cancer-, gigt- og organtransplanterede patienter